高分子材料的多尺度模拟方法及应用(牟丹,李建全 著)思维导图
高分子材料研究方法课程教学大纲
高分子材料研究方法课程教学大纲课程名称：高分子材料研究方法课程编码：02100450 英文名称：Investigation Methods of Polymer materials学时：32学时学分：2学分开课学期：第六学期适用专业：高分子材料与工程课程类别：必修课程性质：专业课先修课程：高分子化学、有机化学、物理化学教材：《聚合物近代仪器分析(第二版)》汪昆华罗传秋周啸清华大学出版社一、课程性质及目的高分子材料研究方法是高分子材料与工程专业的专业基础理论课。
学生在掌握无机化学、有机化学、分析化学和物理化学课、高分子化学基础上，学习和掌握高分子材料研究方法的理论与实践，为学好高分子专业其他的后续课和将来的工作打下坚实的基础。
同时进一步培养学生分析问题，研究问题和解决问题能力，培养学生的创新精神和自学能力。
本课程的任务是：学习高分子材料研究方法理论与实践，了解和掌握高分子材料研究方法的实施方法，同时对高分子学科的新知识、新技术、新进展做一些了解与掌握。
二、课程内容及学习方法第一章绪论1.1 高聚物近代仪器分析方法的研究对象1.2 高聚物近代仪器分析方法所用仪器简介1.3 高聚物研究和分析1.4 高聚物的表征第二章光谱分析2.1 概述2.2 紫外光谱2.3 荧光光谱2.4 红外光谱2.5 激光拉曼光谱简介第三章核磁共振与电子顺磁共振波谱法3.1 核磁共振波谱3.2 1H-核磁共振波谱3.3 13C-核磁共振波谱3.4 NMR在高聚物研究中的应用3.5 NMR的经验计算关系式3.6 电子顺磁共振谱3.7 电子顺磁共振谱在高分子研究中的应用第四章气相色谱法与反气相色谱法4.1色谱分离原理及其分类4.2 气相色谱仪简介4.3 色谱谱图解析4.4 定性与定量分析4.5 微处理机在色谱数据处理中的应用（自学）4.6 反气相色谱法4.7 气相色谱法与反气相色谱法在高分子研究中的应用第五章高聚物的热解分析5.1 高聚物热解分析的特点5.2 高聚物热裂解的一般模式5.3 有机质谱5.4 有机质谱谱图解析5.5 裂解气相色谱分析5.6 PGC－MS联用技术5.7 热解分析在高分子材料研究中的应用第六章热分析6.1 热分析的定义与分类6.2 差热分析和示差扫描量热分析6.3 热重分析6.4 DTA，DSC，TG在聚合物研究中的应用第七章聚合物的热－力分析7.1 概述7.2 主要测试方法的原理与装置7.3 热－力分析中应注意的问题7.4 热－力分析在聚合物研究中的应用第八章分子量分布的测定8.1 概述8.2 凝胶色谱8.3 凝胶色谱的数据处理8.4 凝胶色谱在高分子研究中的应用8.5 场流分离技术（自学）第九章高分子材料的透射电子显微术9.1 光学和电子光学基础9.2 透射电镜的结构及其成像机制9.3 透射电镜用聚合物试祥的制备技术第十章聚合物的扫描电子显微术10.1 高能电子束与固体样品的相互作用10.2 扫描电镜的结构10.3 扫描电镜的放大倍数和分辨本领10.4 扫描电子显微像的衬度及其调节第十一章X射线衍射及其在聚合物结构研究中的应用课程讲授为主，结合实验。
人教化学选修5第5章第三节功能高分子材料(共21张PPT)
有机硅橡胶、聚氨酯橡胶
猜一猜：
人造肾脏
聚酯纤维
猜一猜：
人造鼻
有机硅橡胶
猜一猜：
隐形眼镜
聚甲基丙烯酸-β-羟 基乙酯
有机硅橡胶、聚氨酯橡胶
聚酯纤维
有机硅橡胶
聚甲基丙烯酸-β-羟 基乙酯
调查交流：
高吸水性树脂：
天然强吸 水性材料
获得高吸水性能树脂的方法： 阅读书P113
1.对天然吸水材料改性，在它们的高分子链上再接上强 亲水性基团，提高其吸水能力 2.以带有强亲水性原子团的化合物作为单体，聚合得到 亲水性高聚物
活动二：主要吸水物质的化学成分
经资料显示，尿不湿中的主要吸水物质为聚丙烯酸钠，它 是由丙烯酸钠聚合而成，请写出在一定条件下的此聚合反 应
n
2 a 催化剂 CH2 CH n 聚丙烯酸钠
COONa
实验探究：尿不湿中的吸水成分
问题2： 聚丙烯酸钠为什么有高吸水性？
讨论（1）从分子组成上看聚丙烯酸钠为什么有高吸水性？
2. n H O O C C O O H + n HOCH2CH2OH 催化剂
涤纶
OH
3.
O HO C
O
+ COCH2CH2#43; O H
+ H C H
C H 2O H
OH
n
H+ C H 2O H
OH
H
+ CH2 OH n
（n-1）H2O
酚醛树脂
一：功能高分子材料
猜一猜：
2.在混合后的树脂中加入少量色精，调色 3.将调好色的混合物倒入模具中固化
学以致用：
1.现有下列高分子化合物，请从各项中选出最 恰当的选项，
高分子材料应用技术 ppt课件
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反应釜、胶体磨
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热综合分析仪
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28
高压反应釜
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旋转干燥器
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高效液相色谱仪
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气相色谱仪
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电子天平
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高分子材料应用技术
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1
学院概况 办学的基本思路 办学条件 教学指导方案的确定
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2
PPT课件
3
隶属：省教育厅 体制：校企合作
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4
校训：严谨、求实、创新、和谐
学院PPT教课件 学楼
5
安全文明校园
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6
校外实训基地
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7
校内实P训PT课基件 地
8
化工仿真实训室
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15
人才需求情况统计表（锦州地区）
塑料行业 橡胶行业 纤维行业 新型材料
2005年 170
95
20
80
2006年 260
132
45
120
2007年 330
178
66
198
人才需求量在逐年递增，本专业具有长远的发展前景。
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2.本专业的人才培养目标与定位
培养目标：
培养德、智、体、美等几方面全面发展，具 有高尚职业道德，面向生产一线，掌握高分子材 料合成与加工、材料科学方面的的基本理论知识 和专业技能，能在高分子材料合成与成型加工领 域从事生产、应用、开发及生产管理的高级技术 应用性专门人才。
新教材适用高中化学第5章合成高分子第1节合成高分子的基本方法pptx课件新人教版选择性必修3
__端__基__原__子__团___
___端__基__原__子___
3．缩聚反应的特点
(1)缩聚反应的单体通常是具有双官能团(如—OH、—COOH、—N
H2、—X及活泼氢原子等)或多官能团的小分子有机物。 (2)缩聚反应生成聚合物的同时，还有_小__分___子__副__产__物___(如H2O、NH
第一节 合成高分子的基本方法
1．结合典型实例，了解聚合物的组成与结构特点，认识单体和链 节(重复结构单元)及其与聚合物结构的关系。
2．通过聚氯乙烯、聚己二酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯的合 成，了解加聚反应和缩聚反应的特点。
1．宏观辨识与微观探析：通过单体或单体间的断键、成键方式， 及单体与高聚物性质的不同，认识单体、链节、聚合度等基本概念。
C．单体CH2===CH—CH3制高聚物CH CH2CH3
解析：A、B、C中单体均含不饱和键且高聚物均由单体之间不饱和 键断裂形成，D中单体制高聚物的过程中会有小分子化合物(H2O)生成， 故D正确。
要点归纳
课堂素能探究
知识点 1 加聚反应 问题探究：
(2)在彩电荧光屏及大规模集成电路制造中应用较广的新型高分子材 料——感光性高分子也称为“光敏性高分子”，其结构简式为
2．通过具体的聚合反应，进一步明确加聚反应和缩聚反应的区别 并建构其模型。
3．结合实例，认识塑料、合成橡胶、合成纤维的结构特点与其性 能之间的关系，并建构相应的模型，形成微观—宏观之间的联系。
4．以已知的新型(功能)高分子材料(如淡化海水的高分子分离膜)为 例，认识新型高分子材料的结构特点、性能、特殊用途及其对经济发 展、生活质量提高的价值和意义。
应用体验
1．下列叙述正确的是( B ) A．聚丙烯能使酸性高锰酸钾溶液褪色 B．合成高分子的基本方法包括加成聚合反应与缩合聚合反应 C．聚乙烯有固定的熔点 D．高分子化合物的特点之一是组成元素简单、结构复杂、相对分 子质量大(通常在104以上)
高分子材料基础讲稿
第一章 材料科学概论
1.1 材料与材料科学 1.2 材料结构简述
高分子材料基础 第一、二章
5
1.1 材料与材料科学
1.1.1 材料及材料化过程(材料工艺过程)
材料——具有满足指定工作条件下使用要求的形态和物理性状的物 质称为材料。
材料总是和一定的用场相联系。材料可由一种物质或若干种物质构
成。同一种物质，由于制备方法或加工方法的不同，可成为用
金属材料 黑色金属——主要以铁—碳为基的合金，包括碳钢、合金钢、不锈钢、 铸铁。钢的性能主要由渗碳体的数量、尺寸、形状
及分布决定的。 有色金属——除铁之外的纯金属或以其为基的合金。
如铝合 金、铜合金、镁合金、钛合金等
无机材料——是由无机化合物构成的材料，其中包括如锗、硅、碳之类的单质所构成的料。 有机材料（高分子材料）——是由脂肪族和芳香族的C—C 共价键为基本结构的高分子构成的，
高分子材料基础 第一、二章
8
1.1.3 材料科学的范畴及任务
材料科学是一门以材料为研究对象，介于基础科学与应用科 学之间的应用基础科学。
其研究内容：
1、从化学的角度出发，研究材料的化学组成、键性、结构与性 能的关系规律；
2、从物理学角度出发，阐述材料的组成原子、分子及其运动状 态与各种物性之间的关系。
高分子材料基础 第一、二章
各向同性
（塑性变形较大，导热 率和热膨胀性较小）
13
1.3 材料性能的
材料的性能
特征性能
热学性能 力学性能 电学性能 磁学性能 光学性能 化学性能
功能物性
热-电转换性能 光-热转换性能 光-电转换性能 力-电转换性能 磁-光转换性能 电-光转换性能 声-光转换性能
高分子材料基础 第一、二章
高分子材料PPT精品教学人教版
）
高分子的结构与性质关系
线型
可反复加工，多次使用
合
热塑型
成 高
支链型
能溶解在适当的有机溶剂里
分 子 网（
加工成型后受热不再熔化
状 体 热固型
结型 构）
不易溶解，只有一定程度的 胀大
线型结构
支链型结构
网状结构(体型)
热塑性塑料具有长链状的 线型结构。受热时，分子 间作用力减弱，易滑动； 冷却时，相互引力增强， 会重新硬化
热固性塑料再次受热时， 链与链间会形成共价键， 产生一些交联，形成体型 网状结构，硬化定型
一、塑料
主要成分: 合成树脂及加工助剂
热塑性塑料 (聚乙烯, 聚氯乙烯, 聚丙烯等)
塑料
ห้องสมุดไป่ตู้
特性：加热熔化，可反复加工。线性结构， 有弹性
热固性塑料（酚醛塑料）
特性：不会受热熔化，网状结构，硬化定型。
塑料制品
1.聚乙烯(PE)
聚苯乙烯
单体：CH2=CH C6H5
聚甲基丙烯酸甲 （有机玻璃）
单体：
CH2＝C CH3
COOCH3
聚四氟乙烯
单体：
CF2＝CF2
人们给聚四氟乙烯冠以 “塑料王”的美称。
一种特别的菜锅——不粘锅。 易清洁的脱排油烟机，人们仅仅是在锅的内表面和脱排油烟 机的外表面多涂了一层氟树脂。利用氟树脂优异的热性能、 化学性能、易清洁性能和无毒性能，它还有最好的耐化学腐 蚀和耐老化的性能。
第二节 应用广泛的高分子材料
第一课时
你知道生活中哪些物品是由合成材料制成？
不同合成材料，性能和用途为何明显不同？
三 能源
高分子材料的剖析(沐风教学)
教育专类
1
参考资料
1、实用傅里叶变换红外光谱学 林水水 吴平平 周文敏等编著 中国环境科学出版社（1991）
2、近代傅里叶变换红外光谱技术及应用 吴谨光主编 科学技术出版社（1994）
3、红外光谱法在高分子研究中的应用 沈德言编著 科学技术出版社（1982）
4. 热分析及其应用 陈镜泓等编著 科学技术出版社(1985)
L 样品厚度
这是红外光谱用作定量分析的依据。
教育专类
21
红外吸收光谱的特点-3
4.红外吸收峰Leabharlann 加和性，几种组成组成的高分子材料，在IR谱图 中均同时出现，如在某一波数有共同吸 收，则该峰为 n 个组分吸收的加和。
这影响了红外光谱的定性和定量分析。 材料各组分，需要分离。
教育专类
22
四、红外光谱法的优点-1
3)寻找国产和国外同类产品的差距原因， 为提高我国产品的质量。
2. 刑事侦察工作、考古工作；
教育专类
5
高分子材料的剖析的意义-3
3.科研与生产中产品的分析鉴定；
1) 对反应原料及产物的分析，协助生产 部门控制原料质量，了解反应程度，反 应速度，产品是否需要纯化，纯化效果 如何，从而指导反应条件和生产工艺的 正确制定。
如某化学链振动与偏振光的振动方向相同，
吸光度就增加，峰就增强，如反之则下降。
4.红外光的二向色比：
3）柱层析法：
a.使样品溶于少量溶剂，移到装有Al2O3 的柱子上分离；
b. 以高分子的沉淀剂淋洗，小分子增塑
剂流出柱子；
c. 小分子除去后，改用高分子溶剂淋洗，
高分子成分也流出粒子；
d. 如有几种小分子或几种高聚物可以逐
多尺度材料设计理论 ppt课件
量子力学
Exc[ ' ] VKS V (r ) dr' r r' (r ) ' (r ' )
空间尺度/m 10-10-10-6 10-10-10-6 10-10-10-6 10-10-10-6 10-10-10-6 10-10-10-6 10-12-10-8 模拟方法 Metropolis MC 集团变分法 Ising模型 典型应用 热力学、扩散及有序化系统 热力学系统 磁性系统
Bragg-Williams-Gorsky模型 热力学系统 分子场近似 分子动力学 从头计算分子动力学
ppt课件
1
概论
材料设计在材料研究中的地位
美国国家科学研究委员会（1995）
材料设计（materials by design）一词正在变
为现实，它意味着在材料研制与应用过程中理论
的份量不断增长，研究者今天已经处在应用理论 和计算来设计材料的初期阶段。
《材料科学的计算与理论技术》
ppt课件
对于处于能量为Ek的本征态上的束缚粒子
2 k (r ) U (r ) k (r ) Ek k (r ) 2m
ppt课件 14
2
微观尺度材料设计
定义Hamilton算符H
量子力学
微观粒子的运动行为薛定谔方程
2 H U (r ) 2m
则
2
H k (r ) Ek k (r )
ppt课件
29
微观尺度材料设计
密度泛函理论
量子力学
系统的电子密度分布是组成系统的单电子波函数的平
方和。即：
则K-S方程为
(r ) i (r )